DNA甲基化与老年前列腺癌研究进展

詹　媛　江锦良　罗庆丰

(江西省肿瘤医院病理科，江西　南昌　330029)



DNA甲基化与老年前列腺癌研究进展

詹媛江锦良1罗庆丰

(江西省肿瘤医院病理科，江西南昌330029)

〔关键词〕DNA甲基化;前列腺癌

前列腺癌(PCa)在欧洲许多国家较为常见，虽我国发病率较低，但近年来却有明显上升趋势。目前，DNA甲基化研究已成为探索PCa新热点。许多恶性肿瘤中存在某些特异性基因异常甲基化现象〔1～3〕。本文旨在对老年PCa中DNA甲基化的研究进展进行综述。

1DNA甲基化的基本概念

DNA甲基化是真核生物体内一种基因内源修饰方式，属于表观遗传学范畴，后者是指一些能够影响基因转录活性，但不涉及DNA序列改变的可遗传基因表达调控机制，包括DNA甲基化修饰、组蛋白修饰、染色质重组及转录后修饰等。它们之间相互独立、相互作用从而导致基因抑制作用〔4〕。DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶(DNMT)催化作用下，把S-腺苷甲硫氨酸(SAM)的甲基以共价键的形式结合到CpG双核苷酸上胞嘧啶5位碳原子上，生成5-甲基胞嘧啶(5-mC)的过程。后者由于可进行自发脱氨作用生成胸腺嘧啶，使得CpG变成TpG，这可导致31.7%的体内相关突变〔1,5〕。人类基因组中有70%～80%的CpG双核苷酸处于DNA甲基化状态。非甲基化的CpG则是非均匀分布的，呈现局部聚集倾向，形成一些GC含量较高、CpG双核苷酸相对聚集的区域，即CpG岛。在胚胎组织和正常组织中，除少数区域外，CpG岛均保持非甲基化状态，而关于正常细胞 CpG岛保持非甲基化状态的机制目前尚不清楚。DNA甲基化主要表现在转录水平的表达调控，其机制如下:①可直接通过干扰转录因子与各调控区识别位点的结合来抑制转录；②DNA甲基化可改变染色质结构,间接抑制基因转录；③甲基结合蛋白能特异性地结合于甲基化DNA位点,从而抑制转录过程。研究发现恶性肿瘤组织中普遍存在某些特异基因甲基化水平的变化，正常细胞中,大多数基因CpG岛处于非甲基化状态，而在肿瘤细胞中，CpG岛呈现异常甲基化状态而DNMT具有催化DNA甲基化的作用，主要有DNMT1、DNMT3a、DNMT3b这3种，研究报道：DNMT不仅可作为突变诱导物参与肿瘤形成过程,还具有诱导成纤维细胞致瘤的特性〔1，6〕。

2DNA异常甲基化与肿瘤的关系

DNA甲基化是一种十分重要的基因表达调控机制，是真核生物体内DNA正常修饰方式。而异常甲基化则是肿瘤发生的重要诱导因素之一，有研究报道在人类肿瘤中发现不同程度的DNA异常甲基化现象，而许多恶性肿瘤中存在某些特异性基因CpG岛异常甲基化，同时正常细胞演变为肿瘤细胞及在肿瘤进展过程中也存在明显的DNA甲基化水平变化，这说明DNA甲基化影响着肿瘤基因的表达〔1〕。目前，DNA甲基化导致转录失活机制现已基本确立,DNA异常甲基化主要表现在以下几个方面：①肿瘤细胞整个基因组普遍存于低甲基化状态，而在肿瘤形成早期某些散在的CpG甲基丢失，则会影响染色体稳定性,继而使其易于断裂或发生异位、丢失。散在CpG位点的甲基化丢失现象在肿瘤细胞中普遍存在，而正常细胞中却少见。②DNA低甲基化属于一种基因表达的开放结构,它有利于基因高表达,是癌基因促进细胞转化的必要条件。原癌基因特定位点低甲基化就与基因激活、转录密切相关。③抑癌基因启动子CpG岛的高甲基化也是肿瘤细胞普遍存在的现象之一。启动子CpG DNA甲基化并不改变核苷酸序列,而是通过改变染色质结构及组蛋白乙酰化修饰作用的水平,间接抑制基因转录水平。归纳而言，癌细胞基因组整体低甲基化及部分区域高甲基化是其典型特征〔2，3〕。

3PCa相关的甲基化基因

美国人PCa发病率居男性恶性肿瘤首位，占所有的男性恶性肿瘤的28%，PCa在中国的发病率和死亡率远低于欧美国家〔1〕。我国每年有(7～8)万PCa新增病例，其中95%的患者为60岁以上的老年人〔6〕。早期PCa常无症状，可通过直肠指检、血清前列腺特异性抗原和直肠超声诊断。PCa形成是在致癌因子长期作用下的一个多步骤、多因素共同参与的过程，受遗传学和表观遗传学修饰的影响，DNA甲基化可能与PCa病程进展密切相关〔3〕。PCa发展阶段为：前列腺上皮非典型增生、前列腺原位癌、浸润性PCa及转移性PCa且各阶段发展可能与以下几种基因异常甲基化相关〔7〕。

3.1谷胱甘肽S转移酶(GST)P1基因GSTP1基因是PCa中研究较为主要的基因。Goh等〔6〕在前列腺按摩后检测患者尿液中GSTP1基因甲基化水平变化,发现不同疾病的检出率呈现较大差异,在前列腺上皮皮内瘤变(PIN)、早期PCa、转移PCa检出率分别为29%、68%、78%。GSTP1参与正常细胞新陈代谢、解毒及清除过程,去除有害的物质而保护细胞免受DNA损伤及癌变。在1994年人们首次发现PCa中存在GSTP1基因高甲基化现象,且该基因甲基化已然成为PCa中最常见的表观遗传学改变。90%以上的PCa患者可有该基因蛋白失表达,且几乎所有表达受抑制的蛋白均与GSTP1基因启动子区 CpG岛高甲基化密切相关,在许多恶性肿瘤的癌前病变中都发现了GSTP1基因启动子CpG岛高甲基化〔3，7，8〕。这证明：CpG岛高甲基化在肿瘤的早期阶段、癌前阶段已存在,可能是肿瘤形成的主要因素。

3.2雄激素受体(AR)基因PCa可分为两种类型：AR依赖性PCa和AR非依赖性PCa。后者有个重要特征为细胞中AR基因表达异常。Wong等〔9〕分析PCa细胞株中AR基因启动子甲基化对基因表达的影响,发现在AR蛋白失表达的细胞株(如PC-3、DU145)中存在AR基因启动子CpG岛异常甲基化现象，而AR蛋白表达的细胞株(如LNCaP)中AR基因并未甲基化。上述实验表明,AR非依赖性PCa细胞株中,AR 基因的表达因其启动子甲基化而受抑制。目前甲基化介导的AR基因失活在PCa研究中已被确立。

3.3维甲酸受体(RAR)B维甲酸是通过结合细胞核RAR来发挥生物学作用的。RARB是RAR家族中重要成员之一,存在两个不同的基因启动子,它们表达不同的RNA转录产物。人体细胞主要以RARB2亚型为主，许多研究证实肿瘤细胞中存在RARB基因的失活，包括PCa在内的许多恶性肿瘤〔10〕。它们是由于缺乏RARB的表达,而对维甲酸抑制效应不敏感。PCa RARB2启动子甲基化检测发现，20% PIN及79% PCa中存在该基因启动子甲基化,而正常前列腺和前列腺增生(BPH)组织中不存在〔11〕。因此可以推测，RARB2启动子甲基化发生在 PCa病程的早期。

4DNA甲基化检测及临床运用

在临床治疗过程中发现，相同病理类型、临床分期的肿瘤患者,在放、化疗敏感性及复发、转移、预后等方面也有不同表现,这可能是因肿瘤细胞生物学行为不同所致。因此从基因水平对肿瘤进行正确可靠的分类显得尤为重要。越来越多研究证实，异常甲基化DNA是一种颇有意义的生物标记物，不同肿瘤有其特异甲基化基因,可以构成一个甲基化图谱,用于肿瘤早期诊断、肿瘤分型及判断预后〔12，13〕。DNA甲基化有以下两个主要特征:①肿瘤中存在多数 CpG岛在肿瘤中呈高频甲基化状态,而正常组织却很少发生DNA甲基化;②基因突变可出现于整个基因的多个位点上,而甲基化通常发生在基因某些特定区域,且与该基因表达降低有关，这为DNA甲基化作为生物标记物可靠性提供依据。甲基化检测技术大抵分为两大类:基因组DNA甲基化检测及特定DNA片段甲基化检测。前者有：限制性内切酶酶解法;甲基化酶温育法;高效液相色谱(HPLC)法。而后者主要有：DNA印迹;限制性内切酶聚合酶链反应(PCR);测序法;甲基化特异的 PCR(MSP);变性高效液相色谱法(DHPLC);DNA 微 阵 列(DNA-microarray)又称DNA芯 片〔11，13〕。其中基因MSP技术,能针对临床上微量样本(如血清、血浆、唾液、分泌液)等进行检测,其中以血浆或血清DNA甲基化检测居多且获得成功。在Nam〔14〕报道的肾癌患者检测结果中，有88%的患者尿液及67%的患者血液中检测出肿瘤特异性基因甲基化〔8,9,14〕。

DNA甲基化虽然调控着基因的转录过程，但基于其可逆的特性可通过去甲基化使得受抑制的基因(但未发生基因突变或丢失)得以表达，就可以恢复细胞正常生长调控功能。体外实验〔15〕证实应用甲基转移酶抑制剂处理后，原本抑癌基因表达受抑制的细胞株可以重新表达该基因。5- 氮胞苷类物质(如5-氮-胞苷和5-氮-2c-脱氧胞苷)是胞嘧啶类似物。作为DNA甲基转移酶的抑制剂，它们可以作用于胞嘧啶的第5位碳原子上,以达到去甲基化作用。上述药物已应用于临床治疗某些白血病且显示出较好的效果〔11,14〕。理论上,通过甲基转移酶抑制剂使PCa相关基因重新激活,发挥治疗PCa的作用。Sassa等〔15〕通过体外试验证实,经DNA甲基转移酶抑制剂(DHAC)处理雄激素抵抗性PCa细胞株 DU145(AR基因表达阴性),结果发现细胞对雄激素的敏感性增强。甲基转移酶抑制剂除能直接逆转PCa基因甲基化状态外,还能增强 PCa细胞对化疗药物敏感性〔13,14,16〕。相信在不久的将来,DHAC在PCa的治疗方面将发挥更为重要的作用。

综上，肿瘤基因存在异常甲基化，不同肿瘤可能甲基化谱也不尽相同，而同一肿瘤的癌前病变、原位癌、微浸润性癌及浸润性癌的甲基化谱是否改变,也尚不成定论。基于表观遗传学基因甲基化可逆的特点,不断寻找早期癌、甚至癌前病变阶段肿瘤特异性甲基化基因,并给予针对该基因的药物,就能对肿瘤的防治发挥重要的作用。目前，对于药物的疗效、用量及用药时间的把握尚没有深入的研究。

5参考文献

1Pan J,Chen Y,Mo C,etal.Association of DSC3 mRNA down-regulation in prostate cancer with promoter hypermethylation and poor prognosis〔J〕.PLoS One,2014;9(3):e92815.

2Adjakly M,Ngollo M,Lebert A,etal.Comparative effects of soy phytoestrogens and 17β-estradiol on DNA methylation of a panel of 24 genes in prostate cancer cell lines〔J〕.Nutr Cancer,2014;66(3):474-82.

3Veltri RW,Christudass CS.Nuclear morphometry,epigenetic changes,and clinical relevance in prostate cancer〔J〕.Adv Exp Med Biol,2014;773:77-99.

4Sharad S,Ravindranath L,Haffner MC,etal.Methylation of the PMEPA1 gene,a negative regulator of the androgen receptor in prostate cancer〔J〕.Epigenetics,2014;9(6):918-27.

5Lorincz AT.Cancer diagnostic classifiers based on quantitative DNA methylation〔J〕.Expert Rev Mol Diagn,2014;14(3):293-305.

6Goh LK,Liem N,Vijayaraghavan A,etal.Diagnostic and prognostic utility of a DNA hypermethylated gene signature in prostate cancer〔J〕.PLoS One,2014;9(3):e91666.

7Keil KP,Abler LL,Mehta V,etal.DNA methylation of E-cadherin is a priming mechanism for prostate development〔J〕.Dev Biol,2014;387(2):142-53.

8Pellacani D,Kestoras D,Droop AP,etal.DNA hypermethylation in prostate cancer is a consequence of aberrant epithelial differentiation and hyperproliferation〔J〕.Cell Death Differ,2014;21(5):761-73.

9Wong CP,Hsu A,Buchanan A,etal.Effects of sulforaphane and 3,3'-diindolylmethane on genome-wide promoter methylation in normal prostate epithelial cells and prostate cancer cells〔J〕.PLoS One,2014;9(1):e86787.

10Moritz R,Ellinger J,Nuhn P,etal.DNA hypermethylation as a predictor of PSA recurrence in patients with low- and intermediate-grade prostate cancer〔J〕.Anticancer Res,2013;33(12):5249-54.

11Yu YP,Ding Y,Chen R,etal.Whole-genome methylation sequencing reveals distinct impact of differential methylations on gene transcription in prostate cancer〔J〕.Am J Pathol,2013;183(6):1960-70.

12Ganzer R,Bründl J,Koch D,etal.Correlation of pretreatment clinical parameters and PSA nadir after high-intensity focused ultrasound(HIFU)for localised prostate cancer〔J〕.World J Urol,2015;33(1):99-104.

13Wall BA,Galvão DA,Fatehee N,etal.Maximal exercise testing of men with prostate cancer being treated with ADT〔J〕.Med Sci Sports Exerc,2014;46(12):2210-5.

14Nam R.Complications of prostate cancer treatmen-author′s reply〔J〕.Lancet Oncol,2014;15(4):e152-3.

15Sassa A,Caglayan M,Dyrkheeva NS,etal.Base excision repair of tandem modifications in a methylated CpG dinucleotide〔J〕.J Biol Chem,2014;289(20):13996-4008.

16Chen H,Yu Y,Rong S,etal.Evaluation of diagnostic accuracy of DNA methylation biomarkers for bladder cancer:a systematic review and meta-analysis〔J〕.Biomarkers,2014;19(3):189-97.

〔2015-04-09修回〕

(编辑王一涵)

通讯作者：罗庆丰(1975-)，男，硕士，主任医师，硕士生导师，主要从事肿瘤研究。

〔中图分类号〕R74

〔文献标识码〕A

〔文章编号〕1005-9202(2016)13-3343-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.13.121

1南昌大学第一附属医院

第一作者：詹媛(1990-)，女，硕士，住院医师，主要从事表观遗传研究。